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摘要本文采用了有机液相合成法制备重掺杂氧化锌纳米晶，并通过 X 射线衍射、透射电子显微镜对其形貌结构进行了表征，通过对波形的拟合，得出了共振频率，等离子体频率，掺杂浓度等重要参数。通过此方法制备出的氧化锌纳米晶结晶性好，晶粒尺寸均一，晶粒直径大约为10nm。同时通过比对 LSPR 吸收峰和CCl4 本征吸收峰的强度，我们还得出了 ZnO 纳米晶的浓度。通过该研究，从光谱中得到的相关信息被进一步拓展，为实现半导体纳米晶 LSPR 的相关应用打下了基础。 42027
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毕业论文关键词 重掺杂 表面等离子体共振 LSPR 调控 氧化锌纳米晶
Title Quantitative study of plasmon resonance of heavily-doped zinc oxide nanocrystals
Abstract In this paper, the organic liquid phase synthesis method were used to prepare heavily doped zinc oxide nanocrystals. X-ray diffraction, transmission electron microscopy were used to characterize the crystal structure and morphology. Zinc oxide prepared by this method has good crystallinity, uniform grain size. Crystal grain diameter is about 10nm. By controlling the doping concentration of gallium, we successfully tuned the plasmon resonance frequency. The LSPR was characterized by studying the absorption spectrum of the Ga doped ZnO colloids. The resonance frequency, plasma frequency, doping concentration was extracted by fitting the spectrum with theoretical results. Meanwhile, the concentration of ZnO was also calculated, by comparing the peak intensity of LSPR with that of CCl4.
Keywords Heavily-doped Surface plasmon resonance Regulation of LSPR Zinc oxide nanocrystals
目次
1绪论...1
1.1氧化锌的结构.1
1.2纳米氧化锌的特点.1
1.3纳米氧化锌的应用.2
1.4纳米氧化锌的制备方法.2
1.5局域表面等离子体共振.3
1.6近红外波段的LSPR.6
1.7表面等离子体共振的应用...7
1.8本论文的研究内容.8
2实验部分...9
2.1反应机理.9
2.2实验步骤.9
2.3实验注意事项11
2.4结构表征方法12
3结构表征及数据分析13
3.1重掺杂氧化锌纳米晶的XRD结构分析13
3.2重掺杂氧化锌纳米晶的TEM表征13
3.3吸收光谱曲线15
3.4红外光谱曲线16
3.5重掺杂氧化锌纳米晶LSPR的调控...20
结论...21
致谢...22
参考文献.23
1 绪论 局域表面等离子体共振（LSPR）现象，具有独特的近场增强效应和显著的光热效应，这使得其在生物，化学探测，光热治疗，以及光电子器件等领域可以有广泛的应用。近年来，对重掺杂半导体纳米晶的 LSPR 效应的研究越来越被关注，由于其共振波长可以在近红外甚至中红外，使得其可以在应用方面对传统贵金属材料做有效补充。
1.1 氧化锌的结构 ZnO晶体无色透明，两种元素电负性差值为1.79，Zn-O键兼顾共价键与离子键的特征。Zn 与O离子半径分别为0.060和0.138nm，半径比为0.435，由此可得，
其配位数应当处于4~6 中间。由于其具备共价键的特征，配位数为4。其中Zn、O都以 sp3杂化轨道成键，这种方式下，其晶体结构为配位四面体，每个原子周围都连接四个不同类型原子。根据鲍林第一规则，晶体结构单元为ZnO46-配位四面体，四面体中心为Zn2+离子，四个顶点为O2-离子。配位四面体彼此共用顶点，沿同一方向堆积，形成纤锌矿结构[1]（如图1所示） 。子尺寸效应、表面效应、宏观隧道效应以及体积效应。同时，纳米晶的小尺寸也使其具有高透明度和高分散性。这些特点使得纳米ZnO 比起传统的ZnO产品，在磁、光、电、敏感等方面拥有更广阔的应用前景。